黄河三角洲滨海湿地灌丛化的空间格局、形成机制及其对湿地生态功能的影响

Due to the changes in global climate cycle and land covers, woody shrubs have increasingly encroached in intertidal coastal wetland, becoming a new landscape feature. However, little is known about the encroaching mechanism and the ecological effects of woody shrub in the northern coastal wetland, since previous researches have been focused on the shrub-encroached grassland (SEG) landscapes. In this proposal, vegetation and soil data of two transects in the shrub-encroached wetland in the Yellow River Delta will be collected and measured in both May and September. The spatial pattern of shrub encroachment in this region will be analyzed and the forcing mechanism of environmental factors on the encroachment pattern will also be discussed. In order to understand the maintaining mechanism of biodiversity pattern in shrub community, removal experiment and transplant experiment in the shrub-invaded wetland will be designed to investigate the facilitative and competitive relationships between shrub and grass species. In addition, the spatial pattern and the scale variances of shrub communities, the function biodiversity of soil microorganism and soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (TN) will be analyzed by the Quadrat Variance (QV) method to detect the feedback mechanism of shrub encroachment to wetland ecosystem functions. The results will be helpful to understand the processes of shrub encroachment of coastal wetland and to provide the scientific suggestions on coastal wetland restoration.

由于气候变化和土地利用方式的改变，灌木植物在潮间带湿地中大面积扩张，形成新的湿地景观。以往集中在典型草地生态系统灌丛化的研究，而对滨海湿地灌丛入侵的机制及其生态效应鲜见报道。本项目拟以黄河三角洲灌丛化的滨海湿地为研究对象，采用样带调查方法，基于GIS平台分析湿地灌丛化的时空分布格局，结合环境因子分析灌丛化格局的驱动机制及其空间分异规律；采用原位的移除和移植实验，分析灌丛群落对内、外草本物种的促进和竞争关系，揭示湿地灌丛化群落物种多样性格局及其形成机制；利用Quadrat Variance法分析灌丛群落、土壤微生物功能多样性、土壤有机碳（SOC）和总氮（TN）分布的尺度变异规律，建立三者的空间关系，揭示灌丛植被入侵导致土壤微生物功能多样性改变，进而影响生态系统碳氮功能的正反馈作用机制；通过对湿地灌丛化格局、形成机制和生态影响的研究，为黄河三角洲滨海湿地灌丛化过程研究和生态恢复提供科学建议。

该项目研究了黄河三角洲灌丛化湿地生态系统的植被群落、景观结构及主要生态系统功能的空间格局变化特征，揭示了中国北方滨海湿地灌丛化的多尺度生态效应及产生机制，为滨海湿地生态系统的功能保护及退化湿地生态恢复管理提供科学依据。项目执行期4年，通过在黄河三角洲湿地灌丛化典型区域设定监测点，包括遥感信息提取、野外调查采样、实验室测定分析、空间模型构建等4部分，基本完成原定计划。主要进展：（1）建立了多尺度的灌丛化湿地信息采集平台。在景观、样带、群落和单株柽柳四个空间尺度上，构建并完善了灌丛化湿地生态系统多尺度调查、采样、测试分析平台，为后续的机制分析和效应评估等问题的深入研究以及未来相关科学问题的扩展打下良好的数据基础。（2）完成近30年时间序列的黄河三角洲湿地灌丛化演变格局及景观驱动分析。基于长时间序列遥感数据，分析了黄河三角洲湿地灌丛化格局的演变过程、转移特征及其主要的景观驱动因素；结合图论模型和电路理论模型，量化灌丛湿地斑块对整体景观连通性的贡献，确定湿地保护和灌丛化湿地恢复的优先等级；从水、沙、道路、河流网络等特征分析了湿地灌丛化景观变化的主要驱动。从景观尺度上对黄河三角洲湿地灌丛化及景观连通性进行精准评估。（3）灌丛化湿地生态系统碳氮功能的时、空分异特征及形成机制。分析了灌丛化湿地土壤有机碳（SOC）、总氮（TN）、C:N和稳定同位素δ13C 和 δ15N的等生态系统主要功能指标的季节变化特征及空间分布格局，利用Quadrat Variance法量化这些功能指标的变化特征，从群落结构、地上地下生物量、草本覆盖度、土壤盐度和地形等环境因素探讨植被系统变化导致土壤固碳和氮的时空格局变化的驱动机制；结合GIS空间分析模型量化灌丛化湿地土壤碳氮变量的空间变异特征（尺度转化）和格局效应，揭示灌丛化对土壤碳氮相交互作用关系转变的影响机制。为全球气候变化下的湿地生态系统碳氮功能评估和转化机制研究提供新思路。